/[MITgcm]/MITgcm/pkg/seaice/seaice_calc_strainrates.F
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revision 1.13 by mlosch, Wed Jun 3 08:48:07 2009 UTC revision 1.18 by jmc, Fri Oct 21 17:32:01 2011 UTC
# Line 2  C $Header$ Line 2  C $Header$
2  C $Name$  C $Name$
3    
4  #include "SEAICE_OPTIONS.h"  #include "SEAICE_OPTIONS.h"
5    #ifdef ALLOW_OBCS
6    # include "OBCS_OPTIONS.h"
7    #else
8    # define OBCS_UVICE_OLD
9    #endif
10    
11  CStartOfInterface  CBOP
12    C     !ROUTINE: SEAICE_CALC_STRAINRATES
13    C     !INTERFACE:
14        SUBROUTINE SEAICE_CALC_STRAINRATES(        SUBROUTINE SEAICE_CALC_STRAINRATES(
15       I     uFld, vFld,       I     uFld, vFld,
16       O     e11Loc, e22Loc, e12Loc,       O     e11Loc, e22Loc, e12Loc,
17       I     kSize, iStep, myTime, myIter, myThid )       I     iStep, myTime, myIter, myThid )
18  C     /==========================================================\  
19  C     | SUBROUTINE  SEAICE_CALC_STRAINRATES                      |  C     !DESCRIPTION: \bv
20  C     | o compute strain rates from ice velocities               |  C     *==========================================================*
21  C     |==========================================================|  C     | SUBROUTINE  SEAICE_CALC_STRAINRATES
22  C     | written by Martin Losch, Apr 2007                        |  C     | o compute strain rates from ice velocities
23  C     \==========================================================/  C     *==========================================================*
24    C     | written by Martin Losch, Apr 2007
25    C     *==========================================================*
26    C     \ev
27    
28    C     !USES:
29        IMPLICIT NONE        IMPLICIT NONE
30    
31  C     === Global variables ===  C     === Global variables ===
# Line 28  C     === Global variables === Line 40  C     === Global variables ===
40  # include "tamc.h"  # include "tamc.h"
41  #endif  #endif
42    
43    C     !INPUT/OUTPUT PARAMETERS:
44  C     === Routine arguments ===  C     === Routine arguments ===
45    C     uFld   :: ice velocity, u-component
46    C     vFld   :: ice velocity, v-component
47    C     e11Loc :: strain rate tensor, component 1,1
48    C     e22Loc :: strain rate tensor, component 2,2
49    C     e12Loc :: strain rate tensor, component 1,2
50  C     iStep  :: Sub-time-step number  C     iStep  :: Sub-time-step number
51  C     myTime :: Simulation time  C     myTime :: Simulation time
52  C     myIter :: Simulation timestep number  C     myIter :: Simulation timestep number
53  C     myThid :: My Thread Id. number  C     myThid :: My Thread Id. number
54  C     kSize  :: length of 3rd dimension of velocity variables        _RL uFld   (1-Olx:sNx+Olx,1-Oly:sNy+Oly,nSx,nSy)
55          _RL vFld   (1-Olx:sNx+Olx,1-Oly:sNy+Oly,nSx,nSy)
56          _RL e11Loc (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy,nSx,nSy)
57          _RL e22Loc (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy,nSx,nSy)
58          _RL e12Loc (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy,nSx,nSy)
59        INTEGER iStep        INTEGER iStep
60        _RL     myTime        _RL     myTime
61        INTEGER myIter        INTEGER myIter
62        INTEGER myThid        INTEGER myThid
63        INTEGER kSize  CEOP
 C     ice velocities  
       _RL uFld(1-Olx:sNx+Olx,1-Oly:sNy+Oly,kSize,nSx,nSy)  
       _RL vFld(1-Olx:sNx+Olx,1-Oly:sNy+Oly,kSize,nSx,nSy)  
 C     strain rate tensor  
       _RL e11Loc (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy,nSx,nSy)  
       _RL e22Loc (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy,nSx,nSy)  
       _RL e12Loc (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy,nSx,nSy)  
 CEndOfInterface  
64    
65  #ifdef SEAICE_CGRID  #ifdef SEAICE_CGRID
66  #ifdef SEAICE_ALLOW_DYNAMICS  #ifdef SEAICE_ALLOW_DYNAMICS
67    C     !LOCAL VARIABLES:
68  C     === Local variables ===  C     === Local variables ===
69  C     i,j,bi,bj - Loop counters  C     i,j,bi,bj :: Loop counters
70        INTEGER i, j, bi, bj        INTEGER i, j, bi, bj
71  C  hFacU, hFacV - determine the no-slip boundary condition  C     hFacU, hFacV :: determine the no-slip boundary condition
72        INTEGER k        INTEGER k
73        _RS hFacU, hFacV, noSlipFac        _RS hFacU, hFacV, noSlipFac
74    C     auxillary variables that help writing code that
75    C     vectorizes even after TAFization
76          _RL dudx (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)
77          _RL dvdy (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)
78          _RL dudy (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)
79          _RL dvdx (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)
80          _RL uave (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)
81          _RL vave (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)
82    
83        k = 1        k = 1
84        noSlipFac = 0. _d 0        noSlipFac = 0. _d 0
85        IF ( SEAICE_no_slip ) noSlipFac = 1. _d 0        IF ( SEAICE_no_slip ) noSlipFac = 1. _d 0
86  C  C
 #ifndef SEAICE_OLD_AND_BAD_DISCRETIZATION  
87        DO bj=myByLo(myThid),myByHi(myThid)        DO bj=myByLo(myThid),myByHi(myThid)
88         DO bi=myBxLo(myThid),myBxHi(myThid)         DO bi=myBxLo(myThid),myBxHi(myThid)
89    C     abbreviations on C-points, need to do them in separate loops
90    C     for vectorization
91          DO j=1-Oly,sNy+Oly-1          DO j=1-Oly,sNy+Oly-1
92           DO i=1-Olx,sNx+Olx-1           DO i=1-Olx,sNx+Olx-1
93  C     evaluate strain rates            dudx(i,j) = _recip_dxF(i,j,bi,bj) *
94            e11Loc(I,J,bi,bj) = _recip_dxF(I,J,bi,bj) *       &         (uFld(i+1,j,bi,bj)-uFld(i,j,bi,bj))
95       &         (uFld(I+1,J,1,bi,bj)-uFld(I,J,1,bi,bj))            uave(i,j) = 0.5 _d 0 * (uFld(i,j,bi,bj)+uFld(i+1,j,bi,bj))
      &         +HALF*  
      &         (vFld(I,J,1,bi,bj)+vFld(I,J+1,1,bi,bj))  
      &         * k2AtC(I,J,bi,bj)  
           e22Loc(I,J,bi,bj) = _recip_dyF(I,J,bi,bj) *  
      &         (vFld(I,J+1,1,bi,bj)-vFld(I,J,1,bi,bj))  
      &         +HALF*  
      &         (uFld(I,J,1,bi,bj)+uFld(I+1,J,1,bi,bj))  
      &         * k1AtC(I,J,bi,bj)  
96           ENDDO           ENDDO
97          ENDDO          ENDDO
98            DO j=1-Oly,sNy+Oly-1
99             DO i=1-Olx,sNx+Olx-1
100              dvdy(i,j) = _recip_dyF(i,j,bi,bj) *
101         &         (vFld(i,j+1,bi,bj)-vFld(i,j,bi,bj))
102              vave(i,j) = 0.5 _d 0 * (vFld(i,j,bi,bj)+vFld(i,j+1,bi,bj))
103             ENDDO
104            ENDDO
105    C     evaluate strain rates at C-points
106            DO j=1-Oly,sNy+Oly-1
107             DO i=1-Olx,sNx+Olx-1
108              e11Loc(i,j,bi,bj) = dudx(i,j) + vave(i,j) * k2AtC(i,j,bi,bj)
109              e22Loc(i,j,bi,bj) = dvdy(i,j) + uave(i,j) * k1AtC(i,j,bi,bj)
110             ENDDO
111            ENDDO
112    #ifndef OBCS_UVICE_OLD
113    C--     for OBCS: assume no gradient beyong OB
114            DO j=1-Oly,sNy+Oly-1
115             DO i=1-Olx,sNx+Olx-1
116              e11Loc(i,j,bi,bj) = e11Loc(i,j,bi,bj)*maskInC(i,j,bi,bj)
117              e22Loc(i,j,bi,bj) = e22Loc(i,j,bi,bj)*maskInC(i,j,bi,bj)
118             ENDDO
119            ENDDO
120    #endif /* OBCS_UVICE_OLD */
121    
122    C     abbreviations at Z-points, need to do them in separate loops
123    C     for vectorization
124            DO j=1-Oly+1,sNy+Oly
125             DO i=1-Olx+1,sNx+Olx
126              dudy(i,j) = ( uFld(i,j,bi,bj) - uFld(i  ,j-1,bi,bj) )
127         &         * _recip_dyU(i,j,bi,bj)
128              uave(i,j) = 0.5 _d 0 * (uFld(i,j,bi,bj)+uFld(i  ,j-1,bi,bj))
129             ENDDO
130            ENDDO
131            DO j=1-Oly+1,sNy+Oly
132             DO i=1-Olx+1,sNx+Olx
133              dvdx(i,j) = ( vFld(i,j,bi,bj) - vFld(i-1,j  ,bi,bj) )
134         &         * _recip_dxV(i,j,bi,bj)
135              vave(i,j) = 0.5 _d 0 * (vFld(i,j,bi,bj)+vFld(i-1,j  ,bi,bj))
136             ENDDO
137            ENDDO
138    C     evaluate strain rates at Z-points
139          DO j=1-Oly+1,sNy+Oly          DO j=1-Oly+1,sNy+Oly
140           DO i=1-Olx+1,sNx+Olx           DO i=1-Olx+1,sNx+Olx
141            hFacU = _maskW(i,j,k,bi,bj) - _maskW(i,j-1,k,bi,bj)            hFacU = _maskW(i,j,k,bi,bj) - _maskW(i,j-1,k,bi,bj)
142            hFacV = _maskS(i,j,k,bi,bj) - _maskS(i-1,j,k,bi,bj)            hFacV = _maskS(i,j,k,bi,bj) - _maskS(i-1,j,k,bi,bj)
143            e12Loc(I,J,bi,bj) = HALF*(            e12Loc(i,j,bi,bj) = 0.5 _d 0 * (
144       &           ( uFld(I,J,1,bi,bj) - uFld(I  ,J-1,1,bi,bj) )       &         dudy(i,j) + dvdx(i,j)
145       &         * _recip_dyU(I,J,bi,bj)       &         - k1AtZ(i,j,bi,bj) * vave(i,j)
146       &         + ( vFld(I,J,1,bi,bj) - vFld(I-1,J  ,1,bi,bj) )       &         - k2AtZ(i,j,bi,bj) * uave(i,j)
      &         * _recip_dxV(I,J,bi,bj)  
      &         - k1AtZ(I,J,bi,bj)  
      &         * 0.5 _d 0 * (vFld(I,J,1,bi,bj)+vFld(I-1,J  ,1,bi,bj))  
      &         - k2AtZ(I,J,bi,bj)  
      &         * 0.5 _d 0 * (uFld(I,J,1,bi,bj)+uFld(I  ,J-1,1,bi,bj))  
147       &         )       &         )
148       &         *maskC(I  ,J  ,k,bi,bj)*maskC(I-1,J  ,k,bi,bj)       &         *maskC(i  ,j  ,k,bi,bj)*maskC(i-1,j  ,k,bi,bj)
149       &         *maskC(I  ,J-1,k,bi,bj)*maskC(I-1,J-1,k,bi,bj)       &         *maskC(i  ,j-1,k,bi,bj)*maskC(i-1,j-1,k,bi,bj)
150       &         + 2.0 _d 0 * noSlipFac * (       &         + 2.0 _d 0 * noSlipFac * (
151       &           ( uFld(I,J,1,bi,bj) + uFld(I  ,J-1,1,bi,bj) )       &           2.0 _d 0 * uave(i,j) * _recip_dyU(i,j,bi,bj) * hFacU
152       &         * _recip_dyU(I,J,bi,bj) * hFacU       &         + 2.0 _d 0 * vave(i,j) * _recip_dxV(i,j,bi,bj) * hFacV
      &         + ( vFld(I,J,1,bi,bj) + vFld(I-1,J  ,1,bi,bj) )  
      &         * _recip_dxV(I,J,bi,bj) * hFacV  
153       &         )       &         )
154  C     no slip at the boundary implies u(j)+u(j-1)=0 and v(i)+v(i-1)=0  C     no slip at the boundary implies u(j)+u(j-1)=0 and v(i)+v(i-1)=0
155  C     accross the boundary; this is already accomplished by masking so  C     accross the boundary; this is already accomplished by masking so
156  C     that the following lines are not necessary  C     that the following lines are not necessary
157  c$$$     &         - hFacV * k1AtZ(I,J,bi,bj)  c$$$     &         - hFacV * k1AtZ(i,j,bi,bj) * vave(i,j)
158  c$$$     &         * 0.5 _d 0 * (vFld(I,J,1,bi,bj)+vFld(I-1,J  ,1,bi,bj))  c$$$     &         - hFacU * k2AtZ(i,j,bi,bj) * uave(i,j)
 c$$$     &         - hFacU * k2AtZ(I,J,bi,bj)  
 c$$$     &         * 0.5 _d 0 * (uFld(I,J,1,bi,bj)+uFld(I  ,J-1,1,bi,bj))  
159           ENDDO           ENDDO
160          ENDDO          ENDDO
161    
 c$$$        ENDIF  
162         ENDDO         ENDDO
163        ENDDO        ENDDO
 #else  
 C     this the old and incomplete discretization, here I also erroneously  
 C     used finite-volumes to discretize the strain rates  
       DO bj=myByLo(myThid),myByHi(myThid)  
        DO bi=myBxLo(myThid),myBxHi(myThid)  
         DO j=1-Oly,sNy+Oly-1  
          DO i=1-Olx,sNx+Olx-1  
 C     evaluate strain rates  
           e11Loc(I,J,bi,bj) = _recip_dxF(I,J,bi,bj) *  
      &         (uFld(I+1,J,1,bi,bj)-uFld(I,J,1,bi,bj))  
      &         -HALF*  
      &         (vFld(I,J,1,bi,bj)+vFld(I,J+1,1,bi,bj))  
      &         * _tanPhiAtU(I,J,bi,bj)*recip_rSphere  
           e22Loc(I,J,bi,bj) = _recip_dyF(I,J,bi,bj) *  
      &         (vFld(I,J+1,1,bi,bj)-vFld(I,J,1,bi,bj))  
 C     one metric term is missing  
          ENDDO  
         ENDDO  
         DO j=1-Oly+1,sNy+Oly  
          DO i=1-Olx+1,sNx+Olx  
           e12Loc(I,J,bi,bj) = HALF*(  
      &         (uFld(I  ,J  ,1,bi,bj) * _dxC(I  ,J  ,bi,bj)  
      &         -uFld(I  ,J-1,1,bi,bj) * _dxC(I  ,J-1,bi,bj)  
      &         +vFld(I  ,J  ,1,bi,bj) * _dyC(I  ,J  ,bi,bj)  
      &         -vFld(I-1,J  ,1,bi,bj) * _dyC(I-1,J  ,bi,bj))  
      &         * recip_rAz(I,J,bi,bj)  
      &         +  
      &         0.25 _d 0 * (uFld(I,J,1,bi,bj)+uFld(I  ,J-1,1,bi,bj))  
      &         * ( _tanPhiAtU(I,J,bi,bj) + _tanPhiAtU(I,J-1,bi,bj) )  
      &         *recip_rSphere  
      &         )  
      &         *maskC(I  ,J  ,k,bi,bj)*maskC(I-1,J  ,k,bi,bj)  
      &         *maskC(I  ,J-1,k,bi,bj)*maskC(I-1,J-1,k,bi,bj)  
 C     one metric term is missing  
          ENDDO  
         ENDDO  
         IF ( SEAICE_no_slip ) THEN  
 C     no slip boundary conditions apply only to e12Loc  
          DO j=1-Oly+1,sNy+Oly  
           DO i=1-Olx+1,sNx+Olx  
            hFacU = _maskW(i,j,k,bi,bj) - _maskW(i,j-1,k,bi,bj)  
            hFacV = _maskS(i,j,k,bi,bj) - _maskS(i-1,j,k,bi,bj)  
   
            e12Loc(I,J,bi,bj) = e12Loc(I,J,bi,bj)  
      &          + recip_rAz(i,j,bi,bj) * 2. _d 0 *  
      &          ( hFacU * ( _dxC(i,j-1,bi,bj)*uFld(i,j  ,1,bi,bj)  
      &                    + _dxC(i,j,  bi,bj)*uFld(i,j-1,1,bi,bj) )  
      &          + hFacV * ( _dyC(i-1,j,bi,bj)*vFld(i  ,j,1,bi,bj)  
      &                    + _dyC(i,  j,bi,bj)*vFld(i-1,j,1,bi,bj) ) )  
      &         - hFacU  
      &         * 0.25 _d 0 * (uFld(I,J,1,bi,bj)+uFld(I  ,J-1,1,bi,bj))  
      &         * ( _tanPhiAtU(I,J,bi,bj) + _tanPhiAtU(I,J-1,bi,bj) )  
      &         *recip_rSphere  
 C     one metric term is missing  
           ENDDO  
          ENDDO  
164    
165          ENDIF  #ifdef ALLOW_AUTODIFF_TAMC
166         ENDDO  #ifdef SEAICE_DYN_STABLE_ADJOINT
167        ENDDO  cgf zero out adjoint fields to stabilize pkg/seaice dyna. adjoint
168  #endif /* SEAICE_OLD_AND_BAD_DISCRETIZATION */        CALL ZERO_ADJ( 1, e11Loc, myThid)
169          CALL ZERO_ADJ( 1, e12Loc, myThid)
170          CALL ZERO_ADJ( 1, e22Loc, myThid)
171    #endif
172    #endif /* ALLOW_AUTODIFF_TAMC */
173    
174  #endif /* SEAICE_ALLOW_DYNAMICS */  #endif /* SEAICE_ALLOW_DYNAMICS */
175  #endif /* SEAICE_CGRID */  #endif /* SEAICE_CGRID */
176        RETURN        RETURN
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